Electricite generale - Analyse et synthese des circuits

Chapitre 1
Notions de base sur les circuits
1.1 GRANDEURS ÉLECTRIQUES
1.1.1 Introduction
L’électricité est une forme d’énergie produite par la circulation de charges électriques
dans un corps conducteur ou semi-conducteur. Certains corps, en particulier les métaux (aluminium, cuivre...) sont de très bons conducteurs parce qu’ils possèdent des
électrons qui peuvent se libérer de l’attraction du noyau de l’atome pour participer à
la conduction électrique. Dans d’autres matériaux appelés isolants, les charges électriques ne peuvent pas circuler.
L’étude du mouvement de ces charges électriques et des phénomènes qui s’y rattachent est l’électrocinétique. En réalité, la mise en mouvement des charges dans un
conducteur n’est pas instantanée. Le champ électromagnétique se propage le long du
conducteur à une vitesse proche de la vitesse de la lumière qui est : c = 3 × 108 m.s−1
(mètres par seconde).
Nous allons dans la suite de ce paragraphe rappeler les définitions de l’électrocinétique.
Prenons par exemple le cas d’une batterie de voiture de 12 volts : cette batterie qui est
appelée générateur de tension ou source de tension a pour rôle de fournir l’énergie
sous forme d’un courant électrique. Une ampoule branchée directement aux bornes
de la batterie reçoit le courant c’est pourquoi l’ampoule est appelée un récepteur. Le
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Notions de base sur les circuits
passage du courant électrique échauffe le filament de l’ampoule qui devient incandescent et produit une lumière. D’une façon générale, un récepteur est un appareil
qui transforme l’énergie électrique en diverses énergies.
Le rôle du générateur consiste non pas à fabriquer des charges, mais à mettre en
mouvement simultané les charges mobiles situées dans les matériaux conducteurs du
circuit électrique. C’est cette circulation des charges électriques dans les conducteurs
que nous appelons le courant électrique.
1.1.2 Charge électrique et courant électrique
La charge élémentaire « −q » est celle de l’électron. Il s’agit d’une charge négative exprimée en coulomb (C) et qui vaut : −q = −1,60 × 10−19 C. Les charges en
mouvement peuvent aussi être positives (ions positifs), mais pour les conducteurs,
ce sont souvent les électrons qui contribuent majoritairement à la conduction électrique.
Supposons maintenant un conducteur de section dS : ( par exemple dS = 1 cm2 ), qui
contient des porteurs de charges mobiles. Les collisions que subissent ces porteurs
de charges sur les imperfections du réseau cristallin du conducteur, leur communiquent un mouvement désordonné dont la résultante du point de vue de transport de
l’électricité, est nulle.
La batterie de l’exemple précédent est à l’origine de l’établissement d’un champ
→
−
électrique E qui permet le déplacement des charges électriques avec une vitesse
→
−
→
v est égale à :
proportionnelle à E . Cette vitesse notée −
→
−
→
−
v = m. E m représente la mobilité des charges exprimée en m2 . V−1 . s−1
En un intervalle de temps égal à 1 seconde, un certain nombre de charges « N »
−→
traversent la surface considérée « d S».
−→
→
−
N=−
v .n. d S. d t = →
v .n.1 cm2 .1 s
n étant la densité des charges ; c’est-à-dire le nombre de porteurs par unité de volume.
La charge électrique qui traverse la section en 1 seconde devient :
−→
−
d Q = qN = q.→
v .n. d S. d t
Le flux d’électrons qui circule dans le conducteur est appelé courant électrique I. Son
intensité s’exprime en ampère (A).
I=
dQ →
− −→
= J . dS
dt
Généralement, « dQ » représente la quantité de charges (en coulomb) traversant la
−→
section « d S » pendant l’intervalle de temps « dt » (en seconde).